1.1 选题的目的及意义

随着传统化石能源的日益枯竭和环境污染问题的不断加重，人类对可再生清洁能源的开发和利用不断加强。我国作为能源消费大国，据统计其中90%的能源消耗来自化石燃料的燃烧。用清洁能源代替传统燃料势必成为今后的发展趋势。

风能是清洁能源的重要来源，风能技术无论从技术还是成本方面都是最具有竞争力的。风力发电已经成为除水电外全球装机容量最大的可再生能源发电技术。然而,风电具有间歇性和波动性,其大规模并网会给电力系统带来运行安全与稳定问题。压缩空气储能(compressedair energy storage,CAES)被认为是目前最具发展前景的大规模储能技术之一，其利用低谷电、弃风电等将空气进行压缩,并将高压空气密封在地下盐穴、地下矿洞、过期油气井或新建储气室中,在电网负荷高峰期释放压缩空气推动透平发电的储能方式，是缓解风力发电对电网造成冲击的有效途径。因此，对压缩空气储存风能进行专题研究对于弥补风电系统波动性和随机性具有重要意义。

1.2 国内外的研究现状分析

1.2.1国外研究现状分析

作为一项大容量、高效率的储能技术,CAES已经成为储能领域的一个研究热点,德国、美国、日本、意大利、韩国等国家都在进行相关研究^[1]，1978年,Nordwest Deutsche Kraftwerke公司在德国建成了世界上第一个商业性的CAES电站—Huntorf电站。

储能时,通过压缩机将气体压缩至高压存储在地下盐穴中。释能时,盐穴中的高压空气进入燃气轮机,在燃烧室中与天然气混合燃烧,驱动燃气轮机做功从而带动发电机对外输出电能。该系统中压缩机的功率为60 MW,发电机的功率为290 MW,压缩空气存储在地下600m的两个盐穴中,盐穴的总容积为31×10⁴m³。压缩机连续充气8 h,可实现连续发电2 h。该电站为补燃式CAES,储能效率平均为33.0%～46.9%,如果去除天然气的补燃效果,其电换电效率为20%^[2,3]。

1991年,Alabama Electric Cooperative公司在美国建成了世界上第二个商业性的CAES电厂—McIntosh电站,该电厂也属于补燃型。采用位于地下450m深的盐穴作为储气室,容积为56×10⁴m³。压缩机组功率为50 MW,发电功率为110 MW,在连续压缩41 h时可发电26 h。该电站利用燃气轮机排出的余热加热进口空气,系统储能效率为54%,若去除天然气的补燃效果,其电换电效率为25%^[2,3]。

2010年,德国莱茵集团、德国宇航中心和德国旭普林公司等共同启动了名为ADELE的非补燃式先进绝热CAES系统(advancedadiabatic compressed air energy storage,AA-CAES)研究^[4]。根据其设计方案^[4], 该系统的压缩机排气温度达到600℃,通过高温蓄热装置回收压缩热用于加热透平进口空气,提高气体的做功能力。通过绝热压缩、高温回热,实现了系统循环过程的能量平衡,系统的理论储能效率可达70%。但是由于高温压缩机、高温蓄热装置具有一定的技术难度,导致目前该项目进展缓慢。

1.2.2国内发展状况